[发明专利]一种高精度增敏型光纤光栅温度传感器

说明书

本发明公开了一种高精度增敏型光纤光栅温度传感器，包括光纤光栅、内芯和外保护筒，内芯呈长条状，采用热膨胀系数高于15×10^‑6/K的金属材料制成，内芯上设有容置光纤光栅的长条状锚固槽，外保护筒包括筒体和筒体两端的固定螺帽，固定螺帽通过螺纹连接安装在筒体两端，固定螺帽上设有供光纤光栅穿过的通孔，锚固槽的尺寸与光纤光栅的尺寸间隙配合，光纤光栅胶固于内芯的锚固槽内，内芯置于外保护筒内。本发明的传感器体积小，外观精美，制作以及安装方便，稳定性及耐久性好，对施工条件要求低，可在实际工程中广泛应用。

技术领域

本发明涉及建筑、桥梁、隧道及道路等土木工程检（监）测技术领域，具体说是一种高精度增敏型光纤光栅温度传感器。

背景技术

目前，测温领域常用的非电类温度计是水银温度计，其优点是测量结果稳定，但精度较低，不能自动记录数据，应用局限性较大；红外测温时测温元件不需与被测介质接触,测温范围广,不受测温上限的限制,也不会破坏被测物体的温度场,反应速度一般也比较快,但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响,其测量误差较大；电类温度传感器使用灵活，测量方便，工业应用较多，其中热电偶传感器测温范围广，响应快，缺点是精度低，容易受到环境干扰信号的影响，且安装不当容易引起较大误差；铜电阻传感器能耗低，稳定，但是铜超过150℃容易氧化，导致其测温范围受限；铂电阻传感器精度高，稳定性及线性度好，但是温度越高其电阻变化率越小，导致精度越来越低；此外，电类传感器普遍存在的缺点还有：价格较高，长期稳定性差，不能实现分布多点测量以及远距离传输。

光纤光栅温度传感器与传统温度传感器相比具有质量轻、体积小、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀、耐高压、信号衰减小、集传感与信息传输于一体等优点。其中光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器以其测量信号不受光源起伏影响和电磁干扰，能够方便地实现分布式测量和易埋入测量材料内部进行高分辨率和大范围的温度测量，鉴于这些优势FBG光纤温度传感技术在温度测量领域有着广泛的应用，能够解决常规检测技术难以胜任的测量问题。

光纤光栅固有的温度分辨率为0.1℃/pm，这在一些对温度灵敏度及精度要求较高的场合下不能满足需求，因此要对传感器进行高精度化增敏封装。最初的增敏技术是将FBG直接粘贴在大膨胀系数的材料上进行温度增敏，目前的一些增敏方法主要包括金属管增敏、聚合物增敏以及双金属增敏等。聚合物封装灵敏度高，但迟滞效应较大,双金属增敏导致传感器外形尺寸变大，温度响应速度慢，且传感器牢固程度以及使用耐久度较低。而以金属管式增敏封装的温度传感器结构简单，灵敏度高，为众多研究人员所青睐。但目前市场上大多数金属管式温度传感器存在稳定性差，在恶劣环境中使用耐久性差等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种高精度增敏型光纤光栅温度传感器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高精度增敏型光纤光栅温度传感器，其特征在于，包括光纤光栅、内芯和外保护筒，所述内芯呈长条状，采用热膨胀系数大于15×10^-6/K的金属材料制成，内芯上设有容置所述光纤光栅的长条状锚固槽，所述外保护筒包括筒体和筒体两端的固定螺帽，所述固定螺帽通过螺纹连接安装在筒体两端，固定螺帽上设有供所述光纤光栅穿过的通孔，所述锚固槽的尺寸与所述光纤光栅的尺寸间隙配合，所述光纤光栅胶固于所述内芯的锚固槽内，所述内芯置于所述外保护筒内。

本发明进一步的设计方案中，上述外保护筒筒体内的内壁上设有一条凸槽，所述内芯底部设有一条尺寸与所述凸槽相适配的凹槽，所述内芯通过所述凸槽和凹槽的配合安装固定于所述外保护筒筒体内。

本发明进一步的设计方案中，上述光纤光栅的套设有保护作用的细塑料软管和铠装光缆，通过细塑料软管和光缆用胶固定在内芯的凹槽内。

本发明进一步的设计方案中，上述内芯采用铝合金材料或金属铜。